Introduction: Lors de la réalisation des projets électroniques nous sommes le plus souvent amené à tirer et à monté des circuits imprimés. Cependant le montage et la soudure des composants sur ces circuits demande une certaine rigueur et discipline. Cependant le choix du procédé dépend de plusieurs paramètres à savoir: les composants montés en surfaces (SMD en anglais) ou pénétrant (trough-hole en anglais) , de la quantité et de la qualité du circuit imprimé en question qui peut être simple face ,double face , multicouches,...Trois principaux procédés de soudage nous intéressera durant notre étude à savoir:
le soudage au bain
le soudage par refusion
le soudage manuel
2. Le soudage manuel : Technique très utilisée par les électroniciens pour la réparation de circuit imprimé, l'apprentissage de l'électronique, la fabrication de carte prototype,
etc.De plus elle ne nécessite pas beaucoup de moyens financiers sinon le matériel adéquat(bon ferà souder, support pour fer à souder ,...) et une bonne maitrise (façon de
disposer les composants) et de la patience.
2.1-Matériel utilisé
Fer à souder : Matériel indispensable à la soudure manuel , on trouve plusieurs modèles à différents prix sur le marché (7 à 600 euros). Le choix d'un fer est fonction de son utilisation et dont la puissance est adaptée à ce que l’on veut souder. La puissance en Watt est un paramètre lié à la finesse de la panne. Pour des composants électroniques de type Through-hole, les fer avec un panne de 0.5 mm et de puissance de15 à 40 watts sont recommandés; alors que pour les composants de type SMD il vaudra mieux choisir des fers avec panne fine. Le réglage en température permet d’avoir un fer qui chauffe plus vite, et se stabilise à la température voulue, autour de 350 degrés. Pour des travaux professionnels on utilise des stations de soudage qui coutent jusqu'à 500 à 600 euros. Avec le temps les pannes des fer à souder s'oxydent et deviennent inutilisable , d’où l'importance de choisir un fer sur lequel on peut remplacer ou changer la panne à moindre cout. Il existe aussi des fers à souder fonctionnant au gaz, permettant une certaine autonomie puisque ne nécessitant aucun raccordement au secteur...
Sur le schéma dessus on a de la gauche vers la droite un fer bon marché de faible puissance et ne possédant pas de réglage de température , puis une station de soudage
avec une puissance de 40 w avec en plus un réglage de température manuel et précis; le tout dernier est aussi une station de soudage de 40w mais sans réglage de
température.
Support de fer et nettoyeur de panne: Généralement dans le commerce les fer de bas prix ne possède pas de support donc il faut prévoir un car il est très indispensable si on ne veut pas que le fer chauffe et brule ce qu'il ne pas (nappe, pantalon, mains, etc.). Il faut s'assurer que ledit support possède un emplacement pour une éponge ou autre matériau servant au nettoyage régulier de la panne du fer. La panne du fer s'encrasse au fur et à mesure de son utilisation, ce qui est très normal; donc il faut la nettoyer régulièrement, parfois même entre chaque soudure. Il est formellement interdit de gratter la panne du fer avec un couteau, un cutter ou une lime pour le nettoyer !!! La panne possède en effet un revêtement protecteur destiné à augmenter sa durée de vie. Si vous grattez ce revêtement, vous devrez tout simplement remplacer la panne plus souvent ! Il existe plusieurs méthodes pour nettoyer la panne de son fer au fur et à mesure que l'on soude : l'éponge humide (humide, et surtout pascomplètement imbibée d'eau), et le nettoyeur de panne mécanique qui ressemble à une boule de limaille de fer.
Le fil à soudure: le fil de soudure est un élément extrêmement important. Sa qualité doit être élevée et son diamètre adapté à la taille des composants à souder. Le fil est constitué de plusieurs éléments, C'est un alliage d’étain/plomb dans lequel se trouve plusieurs canaux de flux comme le montre cette coupe:
Le flux: Premièrement, il faut savoir que, dès que l'on va commencer à chauffer les pièces à souder, elles vont se mettre à s'oxyder très vite. Or l'étain adhère mal sur un
métal oxydé.C'est pourquoi on doit utiliser du flux pour souder les composants électroniques. Le rôle du flux est de nettoyer les contacts à souder et de s'oxyder à leur place
quand la température augmente.Il existe un alliage de composition précise qui permet d’obtenir la température de fusion la plus basse possible. Cette composition est
appelée composition eutectique, et correspond ici à un alliage de 63% d’étain et 37% de plomb, et peut fondre à 183°C.
Pompe à dessouder:Permets de rattraper les soudures ratées (cf. technique de dessoudage).
Pince coupante: Sers à couper la partie des pattes des composants qui dépasse des brasures.
D'autres matériaux existent tels que ( la pince plate, pince à dénuder , la main libre, graisse décapante...) qui ne sont pas indispensable à la soudure mais son nécessaire
pour si on fait régulièrement de la soudure.
2.2-Quelques règles de sécurités
Effectuer une soudure demande le respect d'un certains nombres de règles à savoir:
Ne pas respirer directement les vapeurs de soudure (étain et plomb vaporisé, résine cancérigènes..): il faut choisir un local bien aéré. Il est sain aussi d'avoir un ventilateur à
proximité, même à faible vitesse (sans qu'il soit dirigé directement sur le fer sinon il refroidit). L'inhalation de la fumée de soudure ne doit pas être prise à la légère. Le résidu
de plomb contenu dans cette fumée est négligeable, mais cette fumée n'en reste pas moins assez nocive. Pour une majorité de personnes, une exposition prolongée à la fumée de soudure peut causer des migraines, des nausées, des irritations des yeux et de la gorge. Pour les plus malchanceux ou les plus fragiles, cela peut se traduire par des bronchites ou des crises d'asthme. Tous ces symptômes sont d'abord causés par la colophane (arcanson,résine ou rosin) dans le décapant (flux) du fil de soudure, et ses produits de décomposition thermique (acétone, méthanol, aldéhydes aliphatiques, dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, méthane, éthane, acide abiétique et acides diterpeniques). Ces symptômes ne disparaîtront pas simplement parce que le plomb disparaît. En fait, ils augmenteront probablement par suite des températures plus élevées nécessaires avec les nouveaux alliages, à moins d'utiliser des fils sans colophane.
Le fer à souder est chaud: attention aux brûlures ! Attention à la partie du fer entre la pointe (la panne) et le manche, elle est chaude aussi
Ne pas mettre le fer en présence de matériaux inflammables (tissus, chaises en bois,carton, papier, cheveux, liquides inflammables, polystyrène, plastiques...).
Ne pas laisser son fer allumé à la fin de sa journée de travail ou durant la pause déjeuner (laquelle ne se fait pas sur la table de soudure, d'ailleurs).
Ne pas secouer le fer à souder, avec les gouttes d'étain en fusion, sur de la moquette, du papier ou tout autre matériau inflammable
L'éponge qui sert à nettoyer le fer doit être réservée à cet usage spécifique : il ne faut jamais l'utiliser pour la vaisselle ou pour la salle de bain.
Attention aux microprojections : il arrive que lorsqu'on soude des micro gouttes invisibles de résines chaudes soient projetés et piquent les doigts. Cela peut
surprendre : éviter les mouvements brusques. Se laver les mains ensuite. Les micro-projections étaient assez anecdotiques avec les anciennes soudures au plomb,mais peuvent être très fréquentes et très douloureuses avec les nouveaux alliages.
Ne jamais souder un montage sous tension : c'est dangereux pour l'utilisateur et pour le montage. Toujours débrancher avant de faire quoi que ce soit sur un composant ou sur un circuit imprimé
2.3-La soudure proprement dite
Avant de commencer de souder nous devons vérifier le circuit imprimmé et monté les composants; la façon dont est monté les composant dépend de leur configurations on
distingue:
Composants Through-hole: Un circuit imprimé courant comporte une face sans circuit et une face avec circuit de cuivre apparent. La soudure se fera du côté du Cuivre. Le composant lui-même se retrouve du côté non cuivré et ses pattes dépassent du côté du circuit de Cuivre. Il y a des pastilles de Cuivre prévues du côté circuit pour faciliter la soudure.
Avant de commencer à souder un composant, il faut s'assurer qu'il est placé dans le bon sens si il est polarisé ou si le sens des pattes à une importance. Pour les
résistances et les condensateurs non polarisés, pas d'importance. Par contre, il faut faire attention aux condensateurs polarisés, aux leds, aux diodes, aux transistors et aux
circuits intégrés. Certaines règles régissent le placement des composants; le schéma ci-dessous nous montre quelques exemples
1. Implantation correcte pour un fil
2. Implantation correcte pour les résistances de puissance (et les autres composants qui chauffent)
3. Implantation incorrecte. La patte de gauche n’est pas suffisamment enfoncée
4. Implantation incorrecte. Faire comme indiqué en 6
5. Implantation correcte
6. Implantation correcte
7. Implantation correcte, mais il est préférable si possible de centrer le composant.
En voici l'exemple d'une carte ou les composants sont bien implantés:
Remarque: La plupart du temps, les composants électroniques tels les résistances, les diodes et les condensateurs (axiaux ou radiaux) sont montés au plus proche du
circuit imprimé. Cela permet une meilleure esthétique, une meilleure stabilité, et une meilleure résistance aux vibrations. En outre, quand les composants sont montés trop
éloignés du circuit imprimé, les risques de court-circuit entre leurs pattes ne sont pas négligeables (un composant dont les pattes se plient peut toucher son voisin).
Cependant, certains composants ne peuvent pas ou ne doivent pas être "plaqués" contre le circuit imprimé : c'est le cas notamment des composants qui chauffent et qui ne
sont pas montés sur radiateur (résistance de puissance par exemple). En surélevant légèrement le composant qui chauffe (2 à 3 mm du circuit imprimé), la circulation d'air
autour du composant est facilitée, et son refroidissement est plus efficace.
La première étape consiste à appuyer le fer chaud à la fois sur la patte du composant à souder et sur la pastille de cuivre correspondante:
On remarque sur le schéma ci-dessus que la position du fer est essentiel : les deux contacts à souder doivent être chauffer simultanément. On peut aussi mouiller légèrement la panne avec de la soude avant de commencer pour qu’il ai un meilleur pont thermique entre la panne et les contacts.
Si nous mettons un peu d'étain sur la panne la soudure sera plus facile Lorsque les contacts sont chauds , il faut approcher le fil de soudure vers la base de la patte du composant près du coté opposé à la panne . Donc attention à ne pas faire fondre directement la soudure sur la panne car elle de ne pas s’étaler correctement. Pour cette étape il faut régler la température du fer au moins à 30° de plus que le point de fusion de l'alliage utilisée. s'il s'agit du 60/40 il faudra chauffer à 213° mais au labo nous utiliserons le plus souvent 350° pour chauffer plus vite les contacts et obtenir ainsi plus rapidement la fusion de la soudure: cela nous permet d'éviter les soudures dites "sèches" (soudure qui ne colle pas bien) nous permettant ainsi de diminuer le risque de griller les composants par surchauffe en laissant trop la panne en contact avec le composant. L'obtention d'une belle soudure se fait par un dosage correct de la quantité de soudure. Le schéma ci-dessous reprend les différentes étapes d'une soudure.
Notons que les composants doivent ètre soudées des plus petits au plus grand pour éviter qu'ils ne tombent et ne s'égarent; et enfin à la fin on vérifie les soudures.
les Composants SMD: Ils sont facilement montable du fait de leur boitier mais cependant leur soudure n'est pas du tout aisée. On distingue deux types de méthodes pour souder les composant SMD à savoir: 1) Première méthode:
Découper les petits bouts de fil de soudure de la largeur SMD
Positionner le SMD sur son emplacement
Placer un petit bout de fil de soudure contre le SMD
maintenir le SMD avec une pince brucelles et souder le premier coté en appuyant simplement le fer à souder sur le bout de soudure.
Maintenant que le SMd est fixé, souder l’autre coté normalement.
2)Deuxième méthode:
Souder une pastille de l'implantation du SMD
Poser le composant sur cette pastille souder et appuyer sur le SMD
Chauffer la pastille avec un fer à souder afin de souder le premier coté du SMD
Maintenant que le SMD est fixé, souder l’autre coté normalement.
les règles de soudure vues dans les composants traversants sont les mêmes.
2. Le soudage manuel : Technique très utilisée par les électroniciens pour la réparation de circuit imprimé, l'apprentissage de l'électronique, la fabrication de carte prototype,
etc.De plus elle ne nécessite pas beaucoup de moyens financiers sinon le matériel adéquat(bon fer à souder, support pour fer à souder ,...) et une bonne maitrise (façon de
disposer les composants) et de la patience.
2.1-Matériel utilisé
- Fer à souder : Matériel indispensable à la soudure manuel , on trouve plusieurs modèles à différents prix sur le marché (7 à 600 euros). Le choix d'un fer est fonction de son utilisation et dont la puissance est adaptée à ce que l’on veut souder. La puissance en Watt est un paramètre lié à la finesse de la panne. Pour des composants électroniques de type Through-hole, les fer avec un panne de 0.5 mm et de puissance de15 à 40 watts sont recommandés; alors que pour les composants de type SMD il vaudra mieux choisir des fers avec panne fine. Le réglage en température permet d’avoir un fer qui chauffe plus vite, et se stabilise à la température voulue, autour de 350 degrés. Pour des travaux professionnels on utilise des stations de soudage qui coutent jusqu'à 500 à 600 euros. Avec le temps les pannes des fer à souder s'oxydent et deviennent inutilisable , d’où l'importance de choisir un fer sur lequel on peut remplacer ou changer la panne à moindre cout. Il existe aussi des fers à souder fonctionnant au gaz, permettant une certaine autonomie puisque ne nécessitant aucun raccordement au secteur...
Sur le schéma dessus on a de la gauche vers la droite un fer bon marché de faible puissance et ne possédant pas de réglage de température , puis une station de soudageavec une puissance de 40 w avec en plus un réglage de température manuel et précis; le tout dernier est aussi une station de soudage de 40w mais sans réglage de
température.
Le flux: Premièrement, il faut savoir que, dès que l'on va commencer à chauffer les pièces à souder, elles vont se mettre à s'oxyder très vite. Or l'étain adhère mal sur un
métal oxydé.C'est pourquoi on doit utiliser du flux pour souder les composants électroniques. Le rôle du flux est de nettoyer les contacts à souder et de s'oxyder à leur place
quand la température augmente.Il existe un alliage de composition précise qui permet d’obtenir la température de fusion la plus basse possible. Cette composition est
appelée composition eutectique, et correspond ici à un alliage de 63% d’étain et 37% de plomb, et peut fondre à 183°C.
D'autres matériaux existent tels que ( la pince plate, pince à dénuder , la main libre, graisse décapante...) qui ne sont pas indispensable à la soudure mais son nécessaire
pour si on fait régulièrement de la soudure.
2.2-Quelques règles de sécurités
Effectuer une soudure demande le respect d'un certains nombres de règles à savoir:
proximité, même à faible vitesse (sans qu'il soit dirigé directement sur le fer sinon il refroidit). L'inhalation de la fumée de soudure ne doit pas être prise à la légère. Le résidu
de plomb contenu dans cette fumée est négligeable, mais cette fumée n'en reste pas moins assez nocive. Pour une majorité de personnes, une exposition prolongée à la fumée de soudure peut causer des migraines, des nausées, des irritations des yeux et de la gorge. Pour les plus malchanceux ou les plus fragiles, cela peut se traduire par des bronchites ou des crises d'asthme. Tous ces symptômes sont d'abord causés par la colophane (arcanson,résine ou rosin) dans le décapant (flux) du fil de soudure, et ses produits de décomposition thermique (acétone, méthanol, aldéhydes aliphatiques, dioxyde de carbone, monoxyde de carbone, méthane, éthane, acide abiétique et acides diterpeniques). Ces symptômes ne disparaîtront pas simplement parce que le plomb disparaît. En fait, ils augmenteront probablement par suite des températures plus élevées nécessaires avec les nouveaux alliages, à moins d'utiliser des fils sans colophane.
surprendre : éviter les mouvements brusques. Se laver les mains ensuite. Les micro-projections étaient assez anecdotiques avec les anciennes soudures au plomb,mais peuvent être très fréquentes et très douloureuses avec les nouveaux alliages.
2.3-La soudure proprement dite
Avant de commencer de souder nous devons vérifier le circuit imprimmé et monté les composants; la façon dont est monté les composant dépend de leur configurations on
distingue:
résistances et les condensateurs non polarisés, pas d'importance. Par contre, il faut faire attention aux condensateurs polarisés, aux leds, aux diodes, aux transistors et aux
circuits intégrés. Certaines règles régissent le placement des composants; le schéma ci-dessous nous montre quelques exemples
1. Implantation correcte pour un fil
2. Implantation correcte pour les résistances de puissance (et les autres composants qui chauffent)
3. Implantation incorrecte. La patte de gauche n’est pas suffisamment enfoncée
4. Implantation incorrecte. Faire comme indiqué en 6
5. Implantation correcte
6. Implantation correcte
7. Implantation correcte, mais il est préférable si possible de centrer le composant.
En voici l'exemple d'une carte ou les composants sont bien implantés:
Remarque: La plupart du temps, les composants électroniques tels les résistances, les diodes et les condensateurs (axiaux ou radiaux) sont montés au plus proche du
circuit imprimé. Cela permet une meilleure esthétique, une meilleure stabilité, et une meilleure résistance aux vibrations. En outre, quand les composants sont montés trop
éloignés du circuit imprimé, les risques de court-circuit entre leurs pattes ne sont pas négligeables (un composant dont les pattes se plient peut toucher son voisin).
Cependant, certains composants ne peuvent pas ou ne doivent pas être "plaqués" contre le circuit imprimé : c'est le cas notamment des composants qui chauffent et qui ne
sont pas montés sur radiateur (résistance de puissance par exemple). En surélevant légèrement le composant qui chauffe (2 à 3 mm du circuit imprimé), la circulation d'air
autour du composant est facilitée, et son refroidissement est plus efficace.
La première étape consiste à appuyer le fer chaud à la fois sur la patte du composant à souder et sur la pastille de cuivre correspondante:
On remarque sur le schéma ci-dessus que la position du fer est essentiel : les deux contacts à souder doivent être chauffer simultanément. On peut aussi mouiller légèrement la panne avec de la soude avant de commencer pour qu’il ai un meilleur pont thermique entre la panne et les contacts.
Lorsque les contacts sont chauds , il faut approcher le fil de soudure vers la base de la patte du composant près du coté opposé à la panne . Donc attention à ne pas faire fondre directement la soudure sur la panne car elle de ne pas s’étaler correctement. Pour cette étape il faut régler la température du fer au moins à 30° de plus que le point de fusion de l'alliage utilisée. s'il s'agit du 60/40 il faudra chauffer à 213° mais au labo nous utiliserons le plus souvent 350° pour chauffer plus vite les contacts et obtenir ainsi plus rapidement la fusion de la soudure: cela nous permet d'éviter les soudures dites "sèches" (soudure qui ne colle pas bien) nous permettant ainsi de diminuer le risque de griller les composants par surchauffe en laissant trop la panne en contact avec le composant. L'obtention d'une belle soudure se fait par un dosage correct de la quantité de soudure. Le schéma ci-dessous reprend les différentes étapes d'une soudure.
Notons que les composants doivent ètre soudées des plus petits au plus grand pour éviter qu'ils ne tombent et ne s'égarent; et enfin à la fin on vérifie les soudures.
- les Composants SMD: Ils sont facilement montable du fait de leur boitier mais cependant leur soudure n'est pas du tout aisée. On distingue deux types de méthodes pour souder les composant SMD à savoir:
- Découper les petits bouts de fil de soudure de la largeur SMD
- Positionner le SMD sur son emplacement
- Placer un petit bout de fil de soudure contre le SMD
- maintenir le SMD avec une pince brucelles et souder le premier coté en appuyant simplement le fer à souder sur le bout de soudure.
- Maintenant que le SMd est fixé, souder l’autre coté normalement.
2)Deuxième méthode:1) Première méthode:
- Souder une pastille de l'implantation du SMD
- Poser le composant sur cette pastille souder et appuyer sur le SMD
- Chauffer la pastille avec un fer à souder afin de souder le premier coté du SMD
- Maintenant que le SMD est fixé, souder l’autre coté normalement.
les règles de soudure vues dans les composants traversants sont les mêmes.